Je leest:

Ster voor het eerst gewogen met truc van Einstein

Ster voor het eerst gewogen met truc van Einstein

Door het licht uit de achtergrond te buigen verraadt de ster haar massa

Auteur: | 9 juni 2017

Voor het eerst is de massa van een nabije ster bepaald aan de hand van licht uit de ‘achtergrond’ dat zij afboog met haar zwaartekracht. Door met ruimtetelescoop Hubble nauwkeurig naar de positie van een verre ster te kijken, wisten astronomen een dichtbij staande witte dwergster te wegen.

Albert Einstein had het fout. Hoewel zijn algemene relativiteitstheorie stelt dat zware objecten zoals sterren licht afbuigen, schreef hij in 1936 dat we dit bij andere sterren dan onze zon nooit zouden waarnemen. Het effect was toen al gevonden voor de zon, maar zou bij veel verder weg staande sterren te klein zijn om te meten. Nu, ruim 100 jaar na de publicatie van de algemene relativiteitstheorie is dit fenomeen, ook wel de kromming van de ruimtetijd, voor het eerst waargenomen bij een andere ster.

Een ster op de ‘voorgrond’ kan met haar zwaartekracht het licht van een veel verder weg staande ster afbuigen. Die verre ster lijkt vanaf de aarde gezien op een andere plek aan de hemel te staan.
NASA/ESA/A. Feild (STSci)

Wetenschappers uit de Verenigde Staten, Canada en het Verenigd Koninkrijk gebruikten ruimtetelescoop Hubble om naar twee sterren te kijken die vanaf de aarde gezien vrijwel op dezelfde plek aan de hemel staan. Alleen staat de ene ster ver van de aarde, de andere is relatief dichtbij. Er gebeurt iets bijzonders op het moment dat licht van de verre ster langs de voorgrondster richting de aarde reist: het wordt een klein beetje afgebogen. Daardoor lijkt de verre ster vanaf de aarde gezien op een andere plek aan de hemel te staan. Het subtiele effect werd voorspeld door Einstein en is afhankelijk van de massa van de voorgrondster. De wetenschappers konden zo de massa van de nabije ster bepalen. Het onderzoek werd deze week in Science gepubliceerd.

Sterrenhemel in beweging

De wetenschappers maken in dit onderzoek handig gebruik van het feit de sterren aan onze nachthemel continu in beweging zijn. Je kunt de Melkweg eigenlijk zien als een ‘zee’ van miljarden sterren die gestaag rondom een helder centrum draaien. Bewegingen van sterren ten opzichte van elkaar zijn voor een mens onzichtbaar, maar wanneer een telescoop als Hubble maandenlang dezelfde sterren in de gaten houdt dan zijn er wel degelijk minuscule verplaatsingen waarneembaar.

In een database met de exacte posities en bewegingen van zo’n 5000 sterren zochten de wetenschappers naar momenten waarop twee sterren vanaf de aarde gezien zeer dicht bij elkaar kwamen. Ze vonden de kleine dubbelster Stein 2051 op een relatief kleine afstand van achttien lichtjaar van de aarde (ter vergelijking, de Melkweg heeft een diameter van ongeveer 100.000 lichtjaar). In maart 2014 zou de ster vanaf de aarde gezien voorbij een ster trekken op een geschatte afstand van 6000 lichtjaar. Met de Hubble-telescoop werd er vervolgens op acht verschillende momenten, tussen oktober 2013 en oktober 2015, naar de posities van de twee sterren gekeken.

Waarnemingen van ruimtetelescoop Hubble aan dubbelster Stein 2051 (E1 t/m E8) die voorbij een veel verder gelegen ster (source) trekt. Het regelmatig ‘wiebelen’ van het spoor van Stein 2051 wordt veroorzaakt doordat het gezichtspunt van de aarde steeds verandert door haar draaiing om de zon.
NASA/ESA/K. Sahu (STSci)

Ze zagen daarbij niet alleen de beweging van de relatief heldere Stein 2051 B (de dubbelster bestaat uit twee sterren waarvan ‘B’ een heldere zogenoemde witte dwerg is). Op het moment dat deze voorgrondster in de buurt kwam van die verre ster, ging deze ook ‘aan de wandel’. Die beweging was het gevolg van het afbuigen van het licht door Stein 2051 B. De achtergrondster verschoof over de loop van een aantal maanden twee milliboogseconden (vergelijkbaar met de diameter van een twee euromunt op een afstand van 2400 kilometer).

De minuscule verschuiving van de achtergrondster is een maat voor de Stein 2051 B. Hoe zwaarder de ster, des te groter zou de afbuiging van het licht zijn. Uit de metingen blijkt dat de kleine witte dwergster een massa van 68 procent van het gewicht van onze zon heeft. Dat is een stuk zwaarder dan eerdere (in twijfel getrokken) metingen op basis van de beweging van de ster zelf.

Het zwaartekrachtlenseffect bij sterrenstelsels. Een sterrenstelsel (fel, oranje-geel) buigt met haar zwaartekracht het licht van een veel verder weg gelegen sterrenstelsel (blauwe ring). Het beeld van het verre sterrenstel verschijnt daardoor als een ring om het nabije stelsel.

Het universum als spiegelpaleis

Lenswerking door de zwaartekracht is eerder waargenomen bij grote en zware objecten zoals (clusters van) sterrenstelsels. Door hun grote massa is het effect makkelijker waarneembaar. Bekend zijn een handvol zogenoemde Einsteinringen, waarbij het licht van een verre bron een ring om een zwaar en nabijer object vormt.

Bij onze eigen zon werd de afbuiging van licht al in 1919 waargenomen, tijdens een zonsverduistering waarbij de maan voor de zon schoof. Verschillende astronomen slaagden erin om de ‘verschuiving’ van enkele achtergrondsterren net naast de zon te bepalen. Het was het eerste bewijs voor de algemene relativiteitstheorie.

Nieuwe weegschaal

Met deze methode hebben astronomen een nieuwe ‘kosmische weegschaal’ in handen. Handig voor het wegen van bijvoorbeeld dit soort witte dwergsterren, waarvoor een massabepaling vaak lastig is. Om op deze manier sterren te wegen moet je natuurlijk wel twee exemplaren hebben die precies op de goede plek aan de hemel staan. Astronoom Terry Oswalt van de Embry-Riddle Aeronautical University spreekt in een bij het onderzoek gepubliceerde video de hoop uit dat er zich de komende jaren nog een paar nieuwe kansen voordoen dit trucje van Einstein te herhalen.

Bron

  • Sahu K. et al., Relativistic deflection of background starlight measures the mass of a nearby white dwarf star, Science (7 juni 2017), DOI:10.1126/science.aal2879
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 09 juni 2017

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink Agenda

NEMO Kennislink vertoont op deze plaats normaal gesproken wetenschappelijke activiteiten uit heel Nederland. Door de maatregelen tegen het nieuwe coronavirus zal daarvan een groot gedeelte worden afgelast. Omdat we geen achterhaalde informatie willen verspreiden, laten we voorlopig geen activiteiten zien.
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.